LCD-TFT基本原理与设计

Smectic LC 層狀液晶
Nematic LC 線狀液晶
Cholesteric LC 膽固醇狀液晶
液晶物質
液晶分子形狀 液晶分子構造
附註：n=10-9
主動矩陣式液晶顯示器 AM-LCDs Panel Structure
Color Filter Substrate R G B
Clc
Clc
Clc
掃描電極 Nth Scan Line 液晶電容 :Clc 儲存電容 :Cs 共通電極 寄生電容 :Common :Cgd 液晶畫素電容:Clc+Cs Cs on Common Mode Cs on Gate Mode
Cs on Common 與 Cs on Gate
Cs Common Gate Line TFT TFT Cs Gate Line
Row Inversion
Frame N+1 Columns 1 2 3 4 5 1 ⌒ + ⌒ + ⌒ 2 + ⌒ + ⌒ + Lines 3 ⌒ + ⌒ + ⌒ 4 + ⌒ + ⌒ + 5 + ⌒ + ⌒ +
1 2 3 4 5 + ⌒ + ⌒ +
2 ⌒ + ⌒ + ⌒ 3 + ⌒ + ⌒ + 4 ⌒ + ⌒ + ⌒ 5 + ⌒ + ⌒ +
VA
Off(Black)
On(White)
Strongly dependent on viewing angle 低驅動電壓 視角窄小
Slightly dependent on viewing angle 廣視角 液晶反應速度慢 畫面對比低 畫面品質差
Slightly dependent on viewing angle 畫面對比高 廣視角 液晶反應速度快 彩色畫面顯像佳
T 負極性訊號時 光電轉移曲線 共通電極訊號位準 正極性訊號時 光電轉移曲線 100%
Vth:液晶的操作臨界電壓
Vth 3.5V 負極性時 臨界電壓
Vth 6.5V 正極性時 臨界電壓 5V
V
Βιβλιοθήκη Baidu
TFT LCDs 的電光效應 AC Addressing
T 正極性訊號時 共通電極訊號位準 100% 負極性訊號時 光電轉移曲線 正極性訊號時 光電轉移曲線 Vth -1.5V Vth:液晶的操作臨界電壓 Vth 5V V 負極性訊號時 共通電極訊號位準
TFT-LCD基本原理與設計
課程大綱
• TFT-LCD 產業 • TFT-LCD 簡介 • TFT-LCD 驅動原理 • TFT-LCD 設計
LCD產業結構圖
TFTTFT-LCD 產業
上游材料 機器設備 液晶 光罩 玻璃基板 ITO導電玻璃 配向膜 彩色濾光片 志聖、和立聯合、均豪、川飛、友大、亞智、大晉、敘豐、伸興、大震、日清、億尚、科治新技 默克百成 台灣光罩 康寧、台玻、碧悠、華宇、鉅晶、中晶、旭硝子、台科 默克百成、勝華、錸德、劍度、正大 大立高分子 奇美、南亞、和鑫(和桐化學轉投資)、勝華、昌益、世界顛峰、劍度、展茂、倫飛、東賢科技、 宏東洋、大同 偏光板 力特光電、協臻、日東、源資、華新麗華、激態、台肥 驅動IC 華邦、茂矽、旺宏、天下、台積電、聯詠、民生、太欣、凌陽、立生、盛群、合邦所羅門、 義隆、敦茂、漢陽、矽豐、矽品、茂達、新茂、慎利、福葆、亞洲微電、飛信、晶捷、宏宇 光源模組 中強光電、大億(堤維西轉投資)、達基、華新麗華、華榮、昱瀚科技、寰宇、福華光電(大同 轉投資)、瑞儀、先益、輔祥、元津、威力盟、康峻、錸寶(錸德轉投資)、奈普 中游面板 TN-LCD 勝華、光聯、碧悠、美相、日立、愛普生、富相、久正、捷華、勝鐳 STN-LCD 華映、碧悠、南亞塑膠、勝華、光聯、國喬光電(國喬轉投資)、凌巨(凌陽、錸德轉投資)、光 朕、全台晶像、訊倉、華象、愛普生、高雄日立、華生(華宇轉投資)、昌益 TFT-LCD 聯友、華映、元太、達基、瀚宇彩晶、奇晶、廣輝、 面板模組廠 達威、久正、所羅門、泉毅、晶采、福眾、華象、興益、中日新、夏普、華生、上靖光電 下游產品 液晶顯示器 明碁、源興、瑞軒、中強光電、仁寶、皇旗、億聲 筆記型電腦 廣達、宏碁、英業達、華宇、倫飛、藍天、華碩 行動電話 明碁、大壩、致福、華宇、仁寶、金寶、所羅門、廣達 PDA/電子字 神寶、宏達、國眾、倚天(傳訊王)、神乎其技、博達、公信、燦坤、華碩、中環、 典/電子計算機 宏電、微星、英業達、萊思康、遠見科技(譯典通)、金寶
主動矩陣式液晶顯示器 AM-LCDs Panel Structure
TFT-LCD Module
YPCB
Controller DC/DC Dirver IC TTL LVDS Panel Link Singal
X-PCD
TFT-LCD
Gamma Gen. Component EMI
invertor
Frame N Columns 1 2 Lines 3 4 5 1 2 3 4 5 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + Frame N+1 Columns 1 2 3 4 5 1 ⌒ ⌒ ⌒ ⌒ ⌒ 2 ⌒ ⌒ ⌒ ⌒ ⌒ Lines 3 ⌒ ⌒ ⌒ ⌒ ⌒ 4 ⌒ ⌒ ⌒ ⌒ ⌒ 5 ⌒ ⌒ ⌒ ⌒ ⌒ Frame N Columns 1 2 ⌒ ⌒ ⌒ ⌒ ⌒ Lines 3 + + + + + 4 ⌒ ⌒ ⌒ ⌒ ⌒ 5 + + + + + 1 2 3 4 5 + + + + + Frame N+1 Columns 1 2 3 4 5 1 ⌒ ⌒ ⌒ ⌒ ⌒ 2 + + + + + Lines 3 ⌒ ⌒ ⌒ ⌒ ⌒ 4 + + + + + 5 ⌒ ⌒ ⌒ ⌒ ⌒
RGB Digital Data R[5:0] G[5:0] B[5:0] Hs Vs CLK DE +5V GND
18 18
GMA1~GMA18
PC
R G B Hs Vs
A/D Interface or Digital Interface
Data Drivers Control Signals
Data Driver
Frame Inversion
Frame N Columns 1 Lines 2 3 4 5 1 2 3 + ⌒ + + ⌒ + + ⌒ + 4 5 ⌒ + ⌒ + ⌒ + Lines Frame N+1 Columns 1 2 3 4 5 1 ⌒ + ⌒ + 2 ⌒ + ⌒ + 3 ⌒ + ⌒ + 4 ⌒ + ⌒ + ⌒ ⌒ ⌒ 1 Lines Frame N Columns
Pixel Structure of TFT LCDs
資料電極 Mth Data Line 掃描電極 (N-1)th Scan Line 資料電極 Mth Data Line Common Common (N-1)th Scan Line
Clc
Cs Cgd
Clc
Cs Cgd Nth Scan Line
4
LCD Timing Controller
Scan Control Signals
LCD Panel
Scan Driver
Power Supply Circuit
Data & Scan Driver Power Supply GMA1~GMA18
Backlight Power Supply
Backlight
Vertical Alignment Mode LCDs
出射光 解偏板 出射光之 極化狀態 玻璃基板 液晶分子
未加電場 OFF 狀態
偏光板 入射光
施加電場 ON 狀態
Comparison of LC Modes
TN
Off(White) On(Black)
IPS
Off(Black)
On(White)
BL
TFT-LCD基本原理與設計
課程大綱
• TFT-LCD 產業 • TFT-LCD 簡介 • TFT-LCD 驅動原理 Driving method Driving waveform 電容效應 • TFT-LCD 設計
TFT Characteristic
Id
10E-6
10E-11 10E-12 Vg -10 -5 10 20
Data Line
Data Line
液晶畫素
TFT LCDs 等效電路
Column Driver Row Drivers
1H 1H
Clc
Cs
Clc
Cs
Clc
Cs
Clc
Cs
Clc
Cs
Clc
Cs
Clc
Cs
Clc
Cs
Clc
Cs
Timing Chart of TFT LCDs
DATA
L1 L2 L3
Gate
1H
Frame Time
1 2 3
N
TFT LCDs Driving Method
V62 V63
AC Modulation Addressing of TFT LCDs
Graylevel Voltage
V0 V1 V2
V63 V62
V62 V63
V2 V1 V0
Common Waveform 1Frame / 1 Line
TFT LCDs 的電光效應 Direct Addressing
TFTTFT-LCD 產業
我國TFT-LCD廠商產能一覽表 公司 設備世代 投資金額億元台幣 元太 第2代 -第3代 150 華映 第3代 189 第4代 238 達碁 第3.5代 150 第4代 250 奇晶 第3.5代 140 第4代 200 聯友 第1代 -第3.5代 150 170 第4代 200 瀚宇彩晶 第3代 130 130 第4代 200 200 廣輝 第3代 150 第4代 -統寶 第3.5代 -基板尺寸(mm) 370*470 550*670 550*670 730*720 600*720 680*880 620*750 680*880 320*400 610*720 610*720 680*880 550*650 550*650 730*920 730*920 620*750 680*880 620*750 基板月產能 量產時間 36K 1996 50K 2002 30K 1999/5 30K 2001/1Q 40K 1999/7 50K 2001/1Q 50K 1999/10 30K 2001/2Q ---30K 2000/1Q 30K 2000/4Q 30K 2001/1Q 40K 2000/2 40K 2000/4Q -2001建廠 -2001建廠 30K 2001/1Q 30K 2001年 30K 2002/2Q
LCD 產品製程
主動矩陣式液晶顯示器 AM-LCDs Panel Structure
主動矩陣式液晶顯示器 AM-LCDs Panel Structure
主動矩陣式液晶顯示器 AM-LCDs Panel Structure
液晶物質的相變化
加熱 冷卻 加熱 冷卻
固體結晶
液晶
液體
液晶分子的種類
TFT-LCD基本原理與設計
課程大綱
• TFT-LCD 產業 • TFT-LCD 簡介 液晶的光電特性 TFT LCDs A/C 架構 TFT LCDs 模組架構 • TFT-LCD 驅動原理 • TFT-LCD 設計
主動矩陣式液晶顯示器 AM-LCDs Monitor System
PC PC Interface TFT-LCD Module
R
G TFT Substrate
B
主動矩陣式液晶顯示器 AM-LCDs Panel Structure
TN 型 LCDs 顯示原理
圖一：沒有加入電壓，光線透出 圖二：加入電壓，光線遮蔽
TN Mode LCDs
Field ON
出射光 解偏板 出射光之 極化狀態 玻璃基板 液晶分子
偏光板 入射光
未加電場 OFF 狀態
TN & STN 電光轉移曲線V-T Curve
Vns TN Vs TN
100% 90%
10%
Vns Vs STN STN
V
In-Plane-Switch Mode LCDs
出射光 解偏版 出射光之 極化狀態 玻璃基板 液晶分子 作用電場方向
作用電極
偏光版 入射光 未加電場 "OFF" 狀態 施加電場 "ON" 狀態
+ ⌒ + ⌒ + + ⌒ + ⌒ +
⌒ 5 ⌒ + ⌒ + ⌒
Column Inversion
Dot Inversion
Direct Driving of TFT LCDs
V63 V62
GrayScale Voltage
V2 V1 V0
V0 V1 V2
DC Bias of Common
1 Frame / 1 Line